LA DUREZZA: DEFINIZIONE E MISURAZIONE

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1 Anita Calcatelli, Alessandro Germak I.N.RI.M.

2 Contenuto 1. Considerazioni introduttive 2. Le scale di durezza 2.1 Considerazioni generali 2.2 Scala Brinell 2.3 Scala Vickers 2.4 Scala Rockwell 2.5 Scala Knoop 2.6 Scala Ludwick 2.7 Scala Shore 3. Campioni per la misurazione di durezza 4. Quadro normativo 4.1 Considerazioni generali 4.2 Struttura delle norme di riferimento internazionali 5. Incertezza di misura dei campioni di durezza nazionali italiani 5.1 Parametri che influenzano l incertezza delle misure di durezza Materiale Durometri Condizioni ambientali Operatore 6. La taratura delle macchine per prove di durezza 6.1. Metodo diretto 6.2. Metodo indiretto 7. La disseminazione delle scale di durezza 7.1. Normativa principale di riferimento per la disseminazione 7.2. La disseminazione 8. Sviluppi futuri: l unificazione delle scale 9. Interconfronti 2

3 1. Considerazioni introduttive La durezza è una proprietà dei materiali ed è una grandezza meccanica non facile da definire, come invece capita per altre grandezze derivate per cui si possono realizzare campioni che costituiscono il riferimento nazionale (per esempio la forza, la pressione, la portata, ecc). Esistono varie scale con diversi livelli, che, tuttavia, non corrispondono a campioni ben definiti e conservati presso gli istituti metrologici. Non è dunque possibile stabilire la riferibilità al SI come avviene per la maggior parte delle grandezze con la conseguente realizzazione di campioni di vario livello, ma la riferibilità è garantita a tutti i livelli della realizzazione della misurazione come verrà evidenziato nel seguito, attraverso la taratura delle macchine con cui si eseguono le misurazioni. Le misurazioni di durezza sono molto importanti dal punto di vista applicativo e quindi molti istituti metrologici sono impegnati non solo nella definizione dei metodi di misurazione e di taratura delle macchine impiegate ma anche nella opportuna definizione della grandezza stessa attraverso norme adeguate e in continuo adattamento alle esigenze emergenti. I materiali metallici per cui vengono comunemente richieste misurazioni di durezza sono: ferro, acciaio, alluminio, rame, ottone, bronzo, ecc. Ma si determina anche la durezza per materiali non metallici come elastomeri, gomme e materiali ceramici, ecc. Le varie scale di durezza si differenziano tra di loro in base al metodo su cui le misurazioni sono basate. La prima definizione di durezza fu data da Friedrich Mohs (mineralogista austriaco, ) ed é basata su un criterio empirico: la resistenza che il materiale oppone alla separazione delle sue particelle. La scala Mohs assume come riferimento la durezza di dieci minerali numerati progressivamente da 1 a 10 e tali che ciascuno è in grado di scalfire quello che lo precede ed è scalfito da quello che lo segue. Il primo minerale della serie é il talco, l'ultimo il diamante. La scala di Mohs, di seguito riportata, ha un valore puramente indicativo. Materiali TENERI (si scalfiscono con l'unghia.) 1. Talco 2. Gesso Materiali SEMI DURI (si rigano con una punta d'acciaio.) 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite Materiali DURI (non si rigano con la punta di acciaio.) 6. Ortocalsio 3

4 7. Quarzo 8. Topazio 9. Corindone 10. Diamante (carborundum) E fondamentale trovare un accordo internazionale non solo per la definizione della durezza dei materiali ma soprattutto per la metodologia di misurazione; per questo si darà ampio spazio alla normativa di riferimento. L I.N.RI.M. (prima del 2006 l IMGC) opera da più di 30 anni nel settore delle misure di durezza. Inizialmente l attività è stata concentrata sullo studio, sulla progettazione e sulla costruzione delle macchine campione che realizzano le varie scale di durezza e degli strumenti necessari per verificare la geometria dei penetratori utilizzati nelle diverse prove. Dopo aver ottenuto, in questo campo, parecchi riconoscimenti sulla qualità della ricerca effettuata per realizzare questi strumenti, che si sono rivelati altamente innovativi (tant'è che alcuni di essi sono stati coperti da brevetto), è stata avviata una seconda fase di ricerca volta a valutare le influenze metrologiche dei parametri che definiscono la procedura della prova. A seguito di quest analisi si è potuto costatare l estrema importanza di una corretta definizione dello strumento primario che si è rivelata la più importante fonte d incertezza della misura. Recentemente sono state avviate alcune azioni a livello internazionale per porre l attenzione sulla misurazione di questa grandezza che riveste un importantissimo ruolo nei sistemi industriali, soprattutto nel controllo di qualità dei prodotti. Dapprima si passano in rassegna le varie scale di durezza e nella bibliografia essenziale sono riportati gli articoli più rilevanti sull'argomento e sulle macchine per misurarla. Data la peculiarità della grandezza in esame, ampio spazio è dedicato alla normativa sia internazionale sia nazionale ed un'ampia elencazione delle norme disponibili a livello internazionale e recepite dall ente di normazione italiano (UNI) è riportata nella parte della bibliografia denominata RIFERIMENTI NORMATIVI, il cui numero attesta quanto sia complessa la definizione, attraverso le normative, della grandezza durezza. Nell ultimo paragrafo è presentata, con i più rilevanti riferimenti bibliografici, l esigenza di raggruppare in un unica definizione le varie scale per arrivare alla Durezza Universale con le relative difficoltà di realizzazione. 4

5 2. Le scale di durezza 2.1 Considerazioni generali Le prove di durezza sono sicuramente tra le prove meccaniche le più diffuse in quanto: - spesso non richiedono la realizzazione di specifici provini campione ma possono essere eseguite direttamente sul prodotto finale; - in alcuni casi non sono distruttive poiché alterano solo localmente il prodotto ed in maniera spesso non significativa; - possono fornire un indicazione sullo stato micro-strutturale e su alcune fondamentali proprietà meccaniche dei materiali; - consentono di determinare indici di confronto per esprimere giudizi relativi a processi tecnologici. - permettono di fornire indicazioni utili per la qualifica di alcuni processi di produzione come, ad esempio, trattamenti termici, rivestimenti, saldature, ecc. - e sono generalmente molto rapide. Per quanto riguarda i materiali metallici, le scale di durezza più utilizzate sono le seguenti: - scale di durezza Brinell - scale di durezza Vickers - scale di durezza Rockwell Per gli elastomeri e le gomme si utilizza la scala Shore per la cui definizione sono state pubblicate le norme di riferimento, ma, a differenza delle altre scale, non è prevista la verifica dei durometri con i blocchi di riferimento data l instabilità dei materiali. Per questo motivo nessun istituto metrologico realizza e dissemina questa scala. La scala Martens, determinata come parametro misurabile nella prova di penetrazione strumentata, è stata recentemente introdotta dalla normativa internazionale e prevede di coprire tutto il campo di misura coperto anche dalle altre scale tradizionali. Per tutte le scale di durezza il principio base è lo stesso: un penetratore con un carico applicato penetra nel materiale in prova, permane per un certo tempo e successivamente mediante la valutazione della deformazione permanente (plastica o elasto-plastica) che il materiale ha subìto, si fornisce un numero di durezza. Tutte le scale però hanno le peculiarità seguenti: differiscono per le modalità di esecuzione, per i parametri di prova, per la forma e dimensione del penetratore, per la forza di carico applicato e per le modalità di misura della deformazione subita dal materiale. 5

6 Fondamentale per definire una scala di durezza è stabilire i processi di misurazione che possono essere statici e dinamici. Tutti si riferiscono allo stesso principio più sopra accennato: un corpo penetrante è premuto con continuità sul materiale con una forza di prova ben definita. Si misura la deformazione locale che si origina nella parte plastica (Vickers, Brinell) o elasto-plastica (Rockwell, Shore, Martens). Secondo il valore della forza di prova si ha una sommaria suddivisione del campo di misurazione: - macro-durezza (forza F > 30 N), - durezza di piccola carica (2-30 N), - micro-durezza (< 0,5N). Le notissime durezze Brinell, Vickers e Rockwell sono basate su misurazioni con processo Brinell, Vickers o Rockwell e appartengono ai processi statici di misurazione della durezza. Statiche sono anche le prove di durezza Shore e Martens. Nei processi dinamici (metodo di durezza Leeb) si fa scontrare un corpo penetrante con il pezzo in prova con una certa energia cinetica e da una determinata distanza. In genere queste prove sono impiegate principalmente per misurazioni su tubature, fulcri di turbine, ecc... Fin dal 1900 lo svedese Johan August Brinell propose il suo metodo di misura della durezza dei materiali mediante la penetrazione di una sfera di acciaio. La proposta di Brinell di definire una scala secondo una prova codificata è la risposta pratica all esigenza di misurare la durezza di un materiale come una delle proprietà meccaniche da correlarsi con altre proprietà molto più note quali la sollecitazione nominale di rottura, la sollecitazione effettiva di rottura, il carico di snervamento, il carico limite elastico convenzionale e la resilienza. Il successo di questo metodo di misurazione è essenzialmente dovuto alla sua semplicità, alla sua rapidità ed economicità, ma anche al fatto di poter essere considerato, in alcune condizioni, una prova non distruttiva, da utilizzarsi quindi non su provini ma sui pezzi finiti. Le scale proposte da diversi autori e in vari tempi sono: - Brinell (1900) - Ludwick (1908) - Rockwell (1922) - Vickers (1935) - Knoop (1939) Tutte le scale hanno come riferimento la definizione di durezza data Hertz nel 1895: la durezza alla penetrazione di un materiale è la pressione normale, riferita all unità di 6

7 superficie, al centro di un area di contatto, capace di sollecitare il materiale, in un suo punto, al limite di elasticità: deformazione permanente per i corpi plastici ed incipiente fessurazione per quelli fragili. Essendo la durezza una grandezza convenzionale, ogni tipo di scala è definita da una propria definizione operazionale codificata da specifiche normative che stabiliscono la metodologia di prova, dando dei valori di riferimento per ogni parametro d influenza e la relativa tolleranza ammissibile (intervallo di variabilità). Storicamente le misure di durezza sono nate per velocizzare le prove meccaniche sui materiali metallici. Fu così che Brinell, ingegnere e direttore di un acciaieria svedese, nei primi anni di questo secolo, propose la prima prova di durezza utilizzando una sfera di acciaio come penetratore. Dopo questa prima scala che prese il nome dal suo ideatore, altre persone, quali Rockwell, Vickers e Knoop, proposero altre scale con penetratori di diamante e altri valori della forza applicata. In genere oltre a queste scale attualmente mantenute in tutti gli Istituti Metrologici Nazionali, ve ne sono altre che recentemente hanno suscitato l interesse dapprima industriale e poi metrologico, come ad esempio le scale Shore per elastomeri e gomme e la scala Martens. Dunque il principale problema connesso con questo tipo di misurazioni consiste proprio nella definizione della scala che, di solito, é data dalle normative internazionali in tre diversi passi: 1) si definisce il metodo di prova, compresi, per ogni scala, i valori della forza applicata, il metodo di misura e la formula per ricavare il valore di durezza; 2) si definisce il tipo di macchina da usare per la misurazione nella scala considerata, le tolleranze relative ai parametri in gioco, il metodo per la taratura della macchina considerata; 3) si definisce il tipo di macchina da usare per la taratura dei blocchi di riferimento, le tolleranze relative ai parametri in gioco, il metodo per la taratura della macchina considerata. Nel caso della durezza Shore, esistono solo i primi due passi, mentre ancora incerta e non definita rimane la procedura per taratura dei blocchi di riferimento e le caratteristiche minime delle macchine da utilizzare per queste tarature. Mancando questo passo, ossia l accordo su come tarare i campioni di trasferimento e su come definire le caratteristiche delle macchine che in pratica realizzano la scala, è impossibile al momento stabilire 7

8 chiaramente una scala di riferimento. In questo settore alcuni passi avanti sono stati compiuti da alcuni Istituti Metrologici, come ad esempio il PTB tedesco, ma, oltre a non aver trovato ancora dei materiali da utilizzare per la costruzione dei blocchi di riferimento sufficientemente stabili nel tempo, non si è ancora affrontato il problema della procedura operativa atta a definire la scala stessa. 2.2 Scala Brinell Brinell, nell intento di sostituire la lunga e costosa prova di trazione con una più rapida di compressione, nel 1900 stabilì la base operazionale della prima scala di durezza tecnologica mediante la penetrazione di una sfera di acciaio. La procedura operativa per la prova consiste nel comprimere un penetratore di forma sferica di acciaio temprato (sigla della durezza HBS) per cuscinetti oppure di metallo duro come il carburo di tungsteno (sigla della durezza HBW), con una forza ben definita contro la superficie del materiale in prova per un intervallo di tempo di 15 s, e, successivamente, misurare i due diametri ortogonali dell impronta dovuta alla deformazione plastica del materiale e calcolare il numero di durezza. Brinell chiamò numero di durezza il rapporto (Figura 1): H = F S dove: F = forza che agisce sulla sfera S = superficie dell impronta della sfera sul materiale Figura 1. Principio di misura della durezza Brinell (Norma ISO 6506) 8

9 La superficie S dell impronta è calcolata mediante la seguente formula. 2 2 ( D d ) 1 S = π D D, con D diametro della sfera usata nella prova e d = (d 1 + d 2 )/2 2 media dei due diametri ortogonali. E stata scelta la superficie dell impronta S anziché la sua profondità h, perché di più facile determinazione in funzione del diametro medio dell impronta, mentre la profondità dell impronta è in genere più difficile da misurazione date le deformazioni plastiche intorno all impronta stessa. Comunque anche l altezza ideale dell impronta è ricavabile dal diametro medio dell impronta d, e dal diametro delle sfera di prova D, mediante la relazione seguente: h = ( D D d ) La formula finale per la determinazione della durezza Brinell HB diventa quindi: HB F F 1 2 F = = 9,80665 xs 9, π D d 2 = 0, ( D D d ) π D( D D ) F = forza in newton, D = diametro sfera di prova in millimetri, d = diametro medio impronta in millimetri 1. Per le varie tipologie normalizzate di durezza Brinell vedasi Tabella 1 mentre le Figure 2,3 e 4 mostrano vari tipi di durometri. Vantaggi: è una prova rapida, economica, non distruttiva e l oggetto è riutilizzabile. Svantaggi: Sono difficili i confronti tra diverse misure Brinell eseguite con forze di carico e/o penetratori di dimensioni diverse. Infatti, è possibile solo confrontare prove eseguite con parametri diversi solamente quando il rapporto d / D risulti pressoché uguale. 2.3 Scala Vickers Il metodo Vickers è strettamente derivato dal metodo Brinell ed utilizza per l esecuzione della misura la stessa definizione di rapporto tra forza applicata ed area della superficie totale dell impronta. Esso fu introdotto per superare i limiti del metodo Brinell alle durezze 1 originariamente si stabiliva la forza di carico P in kilogrammi-forza perciò il termine numerico al denominatore rappresenta il passaggio ai newton attraverso il valore dell accelerazione di gravità standard. 9

10 elevate. Infatti, in questo tipo di misurazione si utilizza un penetratore di diamante avente la forma di piramide rovesciata a base quadrata. La scelta della forma del penetratore, ideato da Smith e Sandlund (1922), è dettata dalla facilità con la quale può essere ottenuta con la lavorazione di un diamante, contrariamente alla forma cono-sferica del penetratore Rockwell in seguito descritto. Inoltre i rapporti di forma dell impronta non cambiano al variare delle sue dimensioni. Per ottenere una scala comparabile a quella Brinell, l angolo al vertice del penetratore fu scelto di 136, uguale quindi a quello formato dalle tangenti ad una calotta sferica rappresentante un impronta Brinell di dimensioni medie. Tabella 1. Scale normalizzate di durezza Brinell: Tipi di classificazione, diametri della sfera, rapporti diametro/forza e forza di prova (norma ISO 6506.) Simbolo durezza Diametro del Rapporto Valore nominale della penetratore a sfera forza/diametro forza di prova /N D/mm 0,13 x F/D 2 HBW 10/3000 HBW 10/1500 HBW 10/1000 HBW 10/500 HBW 10/250 HBW 10/ , ,7 HHBW 5/750 HBW 5/250 HBW 5/125 HBW 5/62,5 HBW 5/ , ,9 245,2 HBW 2,5/187,5 HBW 2,5/62,5 HBW 2,5/31,25 HBW 2,5/15,625 HBW 2,5/6,25 2,5 2,5 2,5 2,5 2, , ,9 306,5 153,2 61,29 HBW 1/30 HBW 1/10 HBW 1/5 HBW 1/2,5 HBW 1/ , ,2 98,07 49,03 24,52 9,807 10

11 Figura 2. Apparecchio per la determinazione della durezza progettato da Brinell stesso. Figura 3. Dispositivo di Brinell per la prova di durezza da applicarsi alle macchine di trazione. Figura 4. Apparecchi a leva per prove di durezza secondo il metodo Brinell 11

12 La procedura operativa per la prova consiste nel comprimere un penetratore di diamante di forma piramidale con una forza nota contro la superficie del materiale in prova per un tempo determinato (con un apparecchio del tipo di Figura 5), e successivamente misurare le due diagonali dell impronta dovuta alla deformazione plastica del materiale e calcolare la durezza Vickers HV nel modo seguente (Figura 6): F Fsen136 / 2 1 2Fsen68 F HV = = = = 0, ,80665xS 9,80665xd / 2 9,80665 d d F = forza normale alle superfici del penetratore in newton S = area della superficie dell impronta in millimetri 2 (d 2 /2) d = diagonale media dell impronta in millimetri (d 1 + d 2 )/2 Per le varie tipologie normalizzate di durezza Vickers vedasi Tabella 2. Figura 5. Apparecchio a leva per durezza secondo il metodo Vickers Figura 6. Principio di misura prove di della durezza Vickers. 12

13 Tabella 2. Scale normalizzate di durezza Vickers: Tipi di classificazione e forze nominali per prove normali e speciali di micro-durezza (norma ISO 6507) Prova di durezza 1 Prove di durezza di bassa Prove di micro-durezza 2 Simbolo della durezza Valore nominale della forza di prova F/N forza Simbolo della durezza Valore nominale della forza di prova F/N Simbolo della durezza Valore nominale della forza di prova F/N HV 5 49,03 HV 0,2 1,961 HV 0,01 0,09807 HV 10 98,07 HV 0,3 2,942 HV 0,015 0,1471 HV ,1 HV 0,5 4,903 HV0,02 0,1961 HV ,2 HV 1 9,807 HV 0,025 0,2452 HV ,3 HV 2 19,61 HV 0,05 0,4903 HV ,7 HV 3 29,42 HV 0,1 0, Possono essere applicate forze di prova nominali > 980,7 N Sono raccomandate forze di prova per prove di micro-durezza Vantaggi: l inclinazione delle facce è costante; si usano anche forze di carico piccole per ottenere valori di durezza del materiale in zone ravvicinate, buona accuratezza di misura. La scala è unica per tutti i materiali. Svantaggi: prova costosa che richiede un notevole intervallo di tempo in quanto la lettura delle impronte si può fare solo al microscopio. 2.4 Scala Rockwell Rockwell introdusse la sua scala di durezza nel 1920 per superare alcuni limiti delle scale Brinell e Vickers, ma soprattutto per aumentare la velocità delle prove. Accanto ai notevoli vantaggi pratici, che portarono alla massima diffusione della scala Rockwell tra le scale di durezza, fa riscontro, purtroppo, una perdita delle caratteristiche metrologiche che invece erano osservate correttamente da Brinell e successivamente migliorate da Vickers. Le differenze sostanziali rispetto ai metodi Brinell e Vickers sono essenzialmente due: - nella misura della profondità di penetrazione eseguita direttamente dalla macchina durante l esecuzione della prova anziché del diametro dell impronta eseguita successivamente da parte dell operatore (e quindi affetta da errori soggettivi); - nell uso di un penetratore di diamante per la misura su materiali più duri per evitare gli effetti dovuti alla deformazione del penetratore. 13

14 La procedura operativa per la prova consiste nell applicare una forza iniziale nota al penetratore (a sfera o a cono di diamante) per assestarlo sulla superficie del pezzo in prova e stabilire il livello iniziale del penetratore o livello di zero di riferimento che non risulta quindi influenzato dallo stato della superficie del pezzo (per esempio con un apparecchio del tipo illustrato in Figura 7). Successivamente si applica al penetratore una forza addizionale nota per un definito intervallo di tempo e la si rimuove per eliminare la deformazione elastica ad essa dovuta. Infine si misura la posizione finale del penetratore per determinare la profondità dell impronta e calcolare i vari numeri di durezza Rockwell nel modo seguente: HRB = 130 h/0,002 per il penetratore a sfera HRC = 100 h/0,002 per il penetratore a cono, dove h è la penetrazione del penetratore a sfera o a cono nel materiale in prova espressa in millimetri. Per le diverse tipologie normalizzate di durezza Rockwell vedasi Tabella3. Figura 7. Apparecchi a leva per prove di durezza secondo il metodo Rockwell 14

15 Tabella 3. Scale normalizzate di durezza Rockwell: Tipi di classificazione e di penetratori con forza di precarico e di carico addizionale ed il tipico campo di applicazione (norma ISO 6508) Scala di durezza Rockwell A B C D E F G H K 15 N 30 N 45 N 15 T 30 T 45 T Simbolo della durezza 1 HRA HRB HRC HRD HRE HRF HRG HRH HRK HR15n HR30N HR45N HR15T HR30T HR45T Tipo di penetratore /mm Cono di diamante Sfera 1,5875 mm Cono di diamante Cono di diamante Sfera 3,175 mm Sfera 1,5875 mm Sfera 1,5875 mm Sfera 3,175 mm Sfera 3,175 mm Cono di diamante Cono di diamante Cono di diamante Sfera 1,5875 mm Sfera 1,5875 mm Sfera 1,5875 mm Forza per la prova preliminare F 0 /N 98,07 98,07 98,07 98,07 98,07 98,07 98,07 98,07 98,07 29,42 29,42 29,42 29,42 29,42 29,42 Forza per prova addizionale F 1 /N 490,3 882, ,6 882,6 490, , ,5 264,8 411,9 117,7 264,8 411,9 Forza totale di prova F/N 588,4 980, ,7 980,7 588, , ,1 294,2 441,3 147,1 294,2 441,3 Campo di applicazione Da 20 HRA a 88 HRA Da 20 HRB a 100 HRB Da 20 HRC a 70 HRC Da 40 HRD a 77 HRD Da 70 HRE a 100 HRE Da 60 HRF a 100 HRF Da 30 HRG a 94 HRG Da 80 HRH a 100 HRH Da 40 HRK a 100 HRK Da 70 HR15N a 94 HR15N Da 42 HR30N a 86 HR30N Da 20 HR45N a 77 HR45N Da 67 HR15T a 93 HR15T Da 29 HR30T a 82 HR30T Da 10 HR45T a 72 HR45T 1 per le scale che usano il penetratore sferico il simbolo della durezza deve essere completato con S se si fa uso di una sfera di acciaio, con W se si usa una sfera di metallo duro. NOTA: I diversi numeri di durezza Rockwell in funzione della classificazione prevista in tabella sono così determinabili: -HR = 100 h / 0,002 per i tipi A, C, D; -HR = 130 h / 0,002 per i tipi B, E, F, G, H, K; -HR = 100 h / 0,001 per i tipi N, T, dove h è l altezza dell impronta in millimetri. La tabella 4 fornisce invece, per i materiali ferrosi comuni non legati oppure debolmente legati, la conversione approssimata tra le seguenti caratteristiche meccaniche: Carico di rottura; Durezza Vickers; Durezza Brinell; Durezza Rockwell. Quest ultima nelle sue classificazioni più comuni. Vantaggi e svantaggi prova veloce, infatti è molto usata in campo industriale tra gli svantaggi va notato che è una misura di durezza puramente convenzionale. L'unità di misura è rappresentata dai punti della scala utilizzata (HRC per la scala Rockwell, HV per la Vickers, HB per la Brinell, ecc.) I valori di durezza ottenuti con le diverse scale non si 15

16 Tabella 4. Conversione approssimata tra le principali caratteristiche meccaniche dei materiali ferrosi comuni: carico di rottura (N/mm 2 ), durezza Vickers (HV 10), durezza Brinell (HB) e durezza Rockwell (HR) nelle sue varie classificazioni (norma ISO 18265) Forza di Durezza Durezza Durezza Rockwell carico Vickers Brinell N/mm 2 HV10 HB HRB HRF HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N ,0 80,7 85,5 90,2 95,0 41,0 48,0 52,0 56,2 82,6 87, , ,3 66,7 71,2 75,0 78,7 81,7 81,5 87,1 89,5 91,5 92,5 93,5 94,0 95,0 96,0 96,7 98,1 99,5 (101) (102) (104) (105) 90,5 93,6 96,4 99,0 101,4 103,6 105,5 107,2 108,7 110,1 111,3 102,4 113,4 114,3 115,1 20,3 21,3 22,2 23,1 24,0 24,8 25,6 26,4 27,1 27,8 28,5 29,2 29,8 31,0 32,2 33,3 34,4 35, ,2 61,6 61,0 62,4 62,7 63,1 63,5 63,8 64,2 64,5 64,8 65,2 65,8 66,4 67,0 67,6 68,1 40,3 41,1 41,7 42,2 43,1 43,7 44,3 44,9 45, ,5 47,1 47,5 48,4 49,4 50,2 51,1 51,9 69,6 70,1 70,6 71,1 71,6 72,1 72,6 73,0 73,4 73,8 74,2 74,6 74,9 75,6 76,2 76,8 77,4 78,0 41,7 42,5 43,4 44,2 45,0 45,7 46,4 47,2 47,8 48,4 49,0 49,7 50,2 51,3 52,3 53,6 54,4 55,4 19,9 21,1 22,2 23,2 24,3 25,2 26,2 27,1 27,9 28,7 29,5 30,4 31,1 32,5 33,9 35,2 36,5 37,8 16

17 Tabella 4 segue. Conversione approssimata tra le principali caratteristiche meccaniche dei materiali ferrosi comuni Forza di Durezza Durezza Brinell Durezza Rockwell carico Vickers N/mm 2 HV10 HB HRB HRF HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N ,6 37,7 38,8 39,8 40,8 68,7 69,2 69,8 70,3 70,8 52,8 53,6 54,4 55,3 56,0 78,6 79,2 79,8 80,3 80,8 56,4 57,4 58,4 59,3 60,2 39,1 44,1 41,7 42,9 44, ,8 42,7 43,6 44,5 45,3 46,1 46,9 47,7 48,4 49,1 49,8 50,5 51,1 51,7 52,3 53,0 53,6 54,1 54,7 55,2 55,7 56,3 56,8 57,3 57,8 58,3 58,8 59,2 59,7 60,1 61,0 61,8 62,5 63,3 64,0 64,7 65,3 65,9 66,4 67,0 71,4 71,8 72,3 72,8 73,3 73,6 74,1 74,5 74,9 75,3 75,7 76,1 76,4 76,7 77,0 77,4 77,8 78,0 78,4 78,6 78,9 79,2 79,5 79,8 80,0 80,3 80,6 80,8 81,1 81,3 81,8 82,2 82,6 83,0 83,4 83,6 84,1 84,4 84,7 85,0 56,8 57,5 58,2 58,8 59,4 60,1 60,7 61,3 61,6 62,2 62,9 63,5 63,9 64,4 64,8 65,4 65,8 66,2 66,7 67,0 67,5 67,9 68,3 68,7 69,0 69,4 69,8 70,1 70,5 70,8 71,5 72,1 72,6 73,3 73,8 74,3 74,8 75,3 75,7 76,1 81,4 81,8 82,3 82,8 83,2 83,6 83,9 84,3 84,7 85,0 85,4 85,7 86,0 86,3 86,6 86,9 87,2 87,5 87,8 88,0 88,2 88,5 88,8 89,0 89,2 89,5 89,7 89,8 90,1 90,3 90,7 91,0 91,2 91,5 91,8 92,1 92,3 92,5 92,7 92,9 61,1 61,9 62,7 63,5 64,3 64,9 65,7 66,4 67,1 67,7 68,3 69,0 69,5 70,0 70,5 71,2 71,7 72,1 72,7 73,2 73,7 74,2 74,6 75,1 75,5 75,9 76,4 76,8 77,2 77,6 78,4 79,1 79,7 80,4 81,1 81,7 82,2 82,7 83,1 83,6 45,3 46,4 47,4 48,4 49,4 50,4 51,3 52,2 53,1 53,9 54,7 55,6 56,2 57,0 57,8 58,6 59,3 59,9 60,5 61,2 61,7 62,4 63,0 63,5 64,1 64,7 65,3 65,7 66,2 66,7 67,7 68,6 69,4 70,2 71,0 71,8 72,2 73,1 73,6 74, ,5 68,0 85,3 85,6 76,5 76,9 93,0 93,2 84,0 84,4 74,8 75,4 I valori di durezza Brinell fino a 450 HB sono stati determinati usando come penetratore una sfera di acciaio, i valori al di sopra sono stati determinati con una sfera di metallo duro. Nota: i valori in parentesi sono quelli che stanno al di fuori dell intervallo definito con il metodo standard ma che possono essere usati come stime possono confrontare perché utilizzano unità di misura diverse. Confronti empirici possono essere effettuati ma con molta attenzione (ad es. materiali simili, dimensione di impronte simili, ecc.) (vedi norma ISO 18265) 17

18 2.5 Scala Knoop Questa scale utilizzano un penetratore ideato nel 1939 da Knoop (ovvero di F. Knoop, C. G. Peters, W. B. Emerson) che è particolarmente adatto per prove superficiali sia su materiali duri, sia su materiali fragili come vetro, ceramiche, carburi, cristalli, ecc. Questo penetratore è costituito da una piramide di diamante avente per base, anziché un quadrato come il penetratore Vickers, un rombo le cui diagonali sono in rapporto 1 a 7 e i cui angoli tra gli spigoli sono i seguenti (vedasi anche Figura 8): - α = β = La durezza Knoop ha la stessa procedura operativa della durezza Vickers, ma il calcolo del numero di durezza è il seguente: F P F 1 F HK = = =. = 1, ,80665 S c d 9,80665 c d d F = forza nominale della prova in newton S = area della superficie dell impronta in millimetri 2 d = diagonale maggiore dell impronta in millimetri c = costante numerica dipendente dalle caratteristiche geometriche del penetratore La costante numerica è determinabile dalla relazione seguente: c = tang β/2 / 2. tang α/2 = 0,0703 Per le varie tipologie normalizzate di durezza Knoop vedasi Tabella 5. Tabella 5. Scale normalizzate di durezza Knoop (Norma ISO 4545) Simbolo della durezza Valore nominale della forza F di prova /N HK 0,01 0,09807 HK 0,02 0,1961 HK 0,025 0,2452 HK 0,05 0,4903 HK 0,1 0,9807 HK 0,2 1,961 HK 0,3 2,942 HK 0,5 4,903 HK 1 9,807 18

19 Figura 8 Principio di misura della durezza Knoop (norma ISO 4545) Vantaggi e svantaggi: la prova Knoop fu studiata nel tentativo di migliorare l incertezza di misura della diagonale rispetto al metodo Vickers. A parità di area (e quindi approssimativamente di durezza) misurando una diagonale più lunga, a parità di incertezza assoluta, l incertezza relativa diminuisce. Purtroppo, dato l angolo tra le due linee di bordo molto più acuto rispetto all angolo retto osservato nelle impronte Vickers, l incertezza assoluta di misura aumenta, mentre quella relativa rimane pressoché costante se non peggiore. Altro svantaggio consistono nell influenza che questa misura risente nell orientamento della diagonale principale (di misura) rispetto alla disposizione delle fibre nel materiale in prova e nella possibilità di frattura del materiale vicino al vertice più acuto dell impronta. 19

20 2.6 Scala Ludwick Questa scala, sebbene in disuso, va ricordata perché rappresenta il primo tentativo effettuato nel 1907 di ovviare agli inconvenienti presentati dalla prova Brinell, così come poi realizzato dal metodo proposto da Vickers. Il numero di durezza Ludwick è il rapporto tra il carico applicato e l area della superficie conica dell impronta lasciata sulla superficie di un corpo da un penetratore a forma di cono circolare retto con apertura di 90, ossia: H = F = 4Fsen45 0, ,90665 S 8,90665 πd 9,80665 d F dove: F = forza di prova in newton S = area della superficie dell impronta in millimetri 2 d = diametro dell impronta conica in millimetri La durezza Ludwick ha avuto poco successo perché i valori così trovati si scostavano da quelli ottenuti col metodo Brinell a causa dell errata scelta dell angolo di apertura del cono (problematiche superate dal penetratore Vickers). 2.7 Scala Shore Come si è detto é una scala usata per la misura della durezza su elastomeri e gomme. Essa (così come altre scale utilizzate nello stesso settore applicativo, su materiali non metallici) è ancora in fase di definitivo consolidamento e non è attualmente mantenuta in nessun Istituto Metrologico Nazionale. Pertanto in questo momento la riferibilità è data solo sulla taratura dei durometri di prova eseguita esclusivamente col metodo diretto, ovvero, mediante verifica dei parametri di influenza quali: - forza di prova; - scala di penetrazione; - forma del penetratore. La norma internazionale ISO 868 può, comunque, rappresentare un valido riferimento per le prove su materie plastiche ed elastomeri; questa norma è stata recepita a livello europeo e tradotta in italiano dall UNI. Essa prescrive le condizioni di prova e la metodologia di esecuzione per la durezza Shore. 3. I campioni per le misurazioni di durezza Nel campo delle misure di durezza è utilizzata un ampia varietà di metodi e di attrezzature che possono differire secondo il materiale in prova. Così come per qualsiasi grandezza 20

21 misurata, una misura di durezza è utile soltanto quando i risultati ottenuti in luoghi differenti sono compatibili dentro ad un determinato intervallo d incertezza di misura. Un valore di durezza è il risultato una misurazione realizzata su di un pezzo di materiale in prova sotto specifiche condizioni (procedure), normalmente basate su accordi convenzionali (normative). La determinazione della durezza è essenzialmente realizzata in due momenti: 1. esperimento o prova effettuati nelle condizioni prescritte per produrre un impronta, 2. determinazione della dimensione caratteristica della penetrazione (diametro medio, diagonale media o profondità dell impronta). All Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica sono stati progettati e costruiti tutti gli strumenti necessari per la realizzazione delle principali scale di durezza ed i suoi laboratori dispongono attualmente dei seguenti durometri campione: - un durometro campione universale che realizza le scale seguenti (Figura 9): - tutte le scale Rockwell - le scale Brinell fino alla HB187,5 - le scale Vickers (da HV5 a HV100) - un micro-durometro che realizza le scale seguenti (Figura 10): - le micro scale Brinell - le micro scale Vickers da HV0,2 a HV3. Sono stati sviluppati anche strumenti per il controllo dimensionale dei penetratori e per la misura automatica delle impronte Vickers e micro-vickers. I metodi utilizzati sono principalmente basati sull analisi di immagini microscopiche e/o interferometriche con algoritmi sviluppati ad-hoc per ottenere la miglior riproducibilità di misura possibile e l assoluta ininfluenza dall operatore.. Va notato che vi è un continuo studio dei parametri che influenzano le misure di durezza con il fine di sempre meglio conoscere il processo e meglio adeguare le normative e superare le criticità dovute alle richieste industriali di diminuzione dei tempi di prova, ma, nel frattempo, garantire scale di durezza metrologicamente corrette. Difatti, nei vari sistemi di qualità aziendali la misurazione della durezza dei materiali é sempre più richiesta come controllo della qualità della produzione ed è, pertanto, richiesto di ridurre il più possibile il tempo di esecuzione della prova. 21

22 Figura 9. Durometro campione a pesi diretti sviluppato all IMGC (ora I.N.RI.M.) Figura 10. Micro-durometro campione sviluppato all IMGC (ora I.N.RI.M.) 22

23 Ciò si scontra con le esigenze metrologiche che richiedono di eseguire le misure nelle condizioni più stabili possibili, e quindi con tempi relativamente lunghi: occorre trovare, già a livello di norma, un ragionevole compromesso. 4. Quadro normativo 4.1 Considerazioni generali La metodologia delle prove di durezza e della taratura delle relative macchine rappresenta un tema incandescente perché si tratta di stabilire le prescrizioni che regolano le prove stesse, il controllo, la taratura e la gestione delle macchine per eseguire le prove di durezza. Da una parte l industria che lavora la materia prima (produce il pezzo di materiale) ha la necessità di diminuire l incertezza da associare alle misure di durezza, dall altra l industria siderurgica primaria e secondaria tende ad aumentare le tolleranze (limiti di variabilità) dei singoli parametri. Esempio evidente è la diminuzione dei tempi di permanenza delle forze di carico e precarico con il mantenimento delle medesime tolleranze (il rapporto tra valore nominale e la tolleranza diminuisce), il che comporta una maggiore dispersione dei risultati di prova mentre altri fattori che influiscono sulla prova di durezza, ad esempio la velocità di applicazione del carico, sono quasi completamente trascurati. Si è detto che la durezza è una grandezza convenzionale definita da più grandezze: - lunghezza - forza - tempo ed è nello stesso tempo influenzata da altri parametri (Figura 11). Precarico Carico Dispositivo di misura impronta Penetratore Rigidità macchina di prova Parametri Hardware MISURA DI DUREZZA Parametri metodologici Velocità di avvicinamento Tempo di permanenza precarico Tempo di permanenza carico Velocità di applicazione carico Figura 11. Parametri che influenzano la prova di durezza. 23

24 Difatti, se si analizza attentamente una prova di durezza, è evidente quanto questa misura sia influenzabile dai vari fattori e quanto sia difficile considerare tutti i parametri che la possono influenzare e mantenerli sotto controllo. Per questo gli enti normatori internazionali, europei e nazionali (ISO; EN; UNI) nel settore meccanico stanno compiendo un notevole lavoro per la standardizzazione dei metodi per l esecuzione delle prove di durezza. In Tabella 6 é riportata l attuale situazione normativa ricordando che i documenti di pubblicazione più recente sono le norme ISO, e gli enti normatori europei (CEN) e nazionali (UNI) si stanno limitando semplicemente a recepire le norme ISO così come sono state prodotte. Tabella 6. Quadro normativo relativo alle principali prove di durezza su materiali metallici Argomento Durezze Brinell Durezze Vickers Durezze Rockwell Metodo di prova ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO Procedura di taratura macchina di prova ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO Procedura di taratura blocchi di riferimento ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO ISO UNI EN ISO

25 4.2 Struttura delle norme di riferimento internazionali Le norme previste per ogni scala di durezza sono così articolate: - Parte 1: definizione del metodo di prova; - Parte 2: metodologia per la taratura delle macchine di prova; - Parte 3: procedura di taratura dei blocchi di riferimento per la verifica indiretta delle macchine di prova. La parte 3, inoltre, stabilisce anche le caratteristiche che devono possedere le macchine da utilizzare per la taratura dei blocchi di riferimento. Come indicato in precedenza, non tutti i parametri che influenzano la prova di durezza sono previsti dalle norme di riferimento e quindi se ne deve tenere conto nel calcolo dell incertezza. E risultato evidente nella fase di revisione delle norme la tendenza ad eliminare i controlli su alcuni parametri o ad aumentare le tolleranze, a causa della scarsa presenza della componente dell industria manifatturiera in seno alle commissioni di studio e di revisione delle norme. Nelle norme riguardanti il metodo di prova sono solitamente descritti: - il principio su cui si basa la prova di durezza eseguita; - la metodologia di prova con riferimento ai tempi per l applicazione e permanenza dei carichi; - le qualità che deve presentare il provino sia come dimensioni, sia come stato superficiale ed i vari accorgimenti da seguire al fine di non inficiare le misure; - le modalità di valutazione dell impronta e le caratteristiche delle macchine di prova, mediante richiami alle norme relative alla taratura delle macchine. Nelle norme che riguardano la taratura delle macchine di prova sono presi in esame due metodi: - diretto - indiretto e sono definite le relative procedure da applicare per i due diversi metodi. Infine, viene descritta la procedura di taratura dei blocchi di riferimento per la verifica indiretta delle macchine per prove di durezza, che deve essere eseguita con macchine aventi caratteristiche metrologiche migliori dei durometri per uso industriale. Le norme relative alla taratura dei blocchi di riferimento definiscono anche la metodologia di esecuzione delle misure e le caratteristiche dimensionali che devono avere i blocchi di riferimento. 25

26 5. Incertezza di misura delle macchine campione nazionali Le scale di durezza nazionali che descrivono la misura della durezza nel modo seguente: la misura di durezza è ottenuta misurando la dimensione dell impronta lasciata dal penetratore applicato alla superficie del materiale, con forza, durata e velocità dell applicazione fissate dalla normativa internazionale secondo il Decreto Ministeriale 591 del , sono realizzate, come si è accennato nel paragrafo 3, tramite opportuni durometri campioni primari nazionali aventi le caratteristiche seguenti: - la forza è generata mediante masse tarate soggette all accelerazione di gravità locale. - la misurazione della dimensione dell impronta è effettuata tramite interferometro laser. - il tempo di prova è riferibile ai campioni nazionali e internazionali del SI. Pertanto, le incertezze raggiungibili a livello nazionale dall Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, sono le seguenti: SCALA INCERTEZZA Scale Brinell (penetratore a sfera) Scale Rockwell (penetratore a sfera) 0,3 punti durezza Scale Rockwell (penetratore a cono di diamante) 0,2 punti durezza Scale Vickers (penetratore a piramide di diamante) Scale micro Vickers (penetratore a piramide di diamante) 0,2/d (d è la diagonale dell impronta in micrometri) 5.1 Parametri che influenzano l incertezza delle misure di durezza La misura della durezza può spesso, giustamente, essere considerata non distruttiva poiché la parte esaminata è ancora in seguito utilizzabile. Tuttavia, la distruzione nel punto reale della prova rende impossibile verificare il contributo all incertezza dovuto alla ripetibilità delle misure mediante la ripetizione della misurazione proprio in quel punto. E, quindi, importante che ogni singola misura sia realizzata con un alto grado di attenzione. La tabella 7 elenca i più significativi parametri che influenzano l incertezza delle misure di durezza. Essi sono divisi in quattro gruppi principali: 1. Campione in prova 2. Durometro 3. Condizioni ambientali 26

27 4. Operatore Naturalmente questi contributi non influiscono necessariamente tutti nello stesso tempo o ad ogni livello della catena metrologica sintetizzata nella figura Materiale del pezzo in prova Dalla tabella 7 si può vedere che il pezzo del materiale in prova genera un importante insieme di fonti d incertezza e quindi di contributi possibili alla valutazione globale dell incertezza. Per esempio, lo spessore del campione può essere un fattore critico per la selezione del metodo di prova; risultati significativamente errati si possono avere se si adotta un metodo non adeguato allo spessore del provino disponibile. Materiale troppo sottile può essere più duro nel tempo a causa dell effetto di deformazione e conseguente indurimento della superficie. Se il materiale è troppo sottile per sostenere la forza di prova durante la misura, il penetratore stesso può essere danneggiato riducendo così l'affidabilità di una nuova misura realizzata con quel penetratore. La qualità della superficie del pezzo in prova può anche influenzare considerevolmente i risultati della misura di durezza. Una superficie più ruvida richiederebbe una maggiore e/o un penetratore di dimensioni maggiori per ottenere una profondità di penetrazione maggiore; il metodo Brinell può quindi essere il più vantaggioso poiché è meno influenzato da una superficie ruvida, rispetto a metodo Rockwell o Vickers e Micro-Vickers. Sebbene le misure Brinell siano più tolleranti sulla finitura della superficie, ci sono limiti alla rugosità di superficie ammissibile anche per questo metodo. In generale, l uniformità della finitura superficiale è importante per ottenere risultati corretti e riproducibili. Oltre alla finitura superficiale, la pulizia della superficie è egualmente critica per una misura corretta e riproducibile della durezza. Una superficie sporca di grasso, o con presenza di ossidi o di polvere, può dare luogo a variazioni considerevoli dei risultati delle misurazioni. Inoltre, il materiale del pezzo in prova o del blocchetto di riferimento può persino essere irreversibilmente danneggiato dalla prova stessa. 27

28 Tabella 7. Parametri che influenzano le misure di durezza. Fattori d influenza Fonte d incertezza Commenti 1. Pezzo di materiale in prova 2. Durometri a) Telaio b1) Sistema di misura della penetrazione b2) Sistemi ottici di misura c) meccanismo di applicazione della forza - Spessore del pezzo in prova troppo piccolo - Supporto del pezzo in prova instabile - Struttura del grano troppo grande - Scarsa rifinitura della superficie di prova - Disomogeneità della superficie - Superficie sporca Attrito Deformazione elastica Disallineamento del supporto del penetratore Errore d indicazione Risoluzione insufficiente Non linearità Isteresi Errore d indicazione Risoluzione insufficiente Apertura numerica degli obiettivi Illuminazione non omogenea dell impronta Scarto dal valore di forza nominale Scostamento dagli intervalli di tempo del ciclo di prova Sistema di applicazione della forza Sovraccarichi Rilevante solo se non si è scelto in modo opportuno il metodo di prova. Rilevante solo per Rockwell Rilevante solo per Brinell, Vickers, Knoop Parametri considerati per il calcolo Profondità di penetrazione h Scarto di valore di forza nominale F 0, F Tempo di permanenza a forza iniziale e addizionale t 0, t d) penetratori 3. Condizioni ambientali Danneggiamenti Deformazioni sotto carico Variazioni di temperatura Vibrazioni e urti 4. Operatore Errore nella selezione del metodo di prova Errori di valutazione, di lettura e di vaneggiamento Rilevante solo per penetratori di acciaio Velocità di penetrazione v Raggio e angolo del penetratore r, α 28

29 Durometri La progettazione, il montaggio e lo stato del durometro sono critici per un buon risultato della misurazione. L attrito eccessivo può causare errori sistematici e non-ripetibilità delle misure. Anche gli strumenti che operano correttamente possono dare risultati da scarsa significatività a causa dell eccessivo attrito nel sistema che applica la forza, che si manifesta con un valore dell incertezza più elevato di quello reale (in tal caso si dice che si ha un indurimento della scala). Piccoli attriti del sistema di misura della profondità, si possono pure verificare ed essi determinano un valore dell incertezza minore (in tal caso si dice che si manifesta un ammorbidimento della scala). Un eccessiva flessione della struttura del durometro e del supporto del pezzo in prova (incudine) può causare seri problemi. Sovente si possono osservare variazioni da 1 a 3 punti di durezza dovuti ad un appoggio improprio del pezzo in prova e ad una deformazione eccessiva del telaio del durometro. Dato che si devono svolgere misurazioni di profondità di dimensioni molto piccole, il sistema di misura è evidentemente critico. Per esempio, un punto della scala Rockwell è equivalente ad una profondità della penetrazione di soltanto 2 µm, mentre è la metà per la scala superficiale in cui si applicano forze più deboli e quindi si hanno penetrazioni minori; ne consegue che l incertezza di misura del sistema gioca un ruolo molto importante. Il meccanismo di applicazione della forza deve applicare costantemente valori di forza corretti. Il sistema deve garantire l applicazione delle forze in conformità ai limiti di ± 1,0 % per il livello utente e perfino di ± 0,1 % della forza nominale nei durometri per taratura d3ei blocchetti. L applicazione delle forze richiede che sia la velocità, sia il tempo di applicazione siano ben definiti. Con alcuni durometri gestiti manualmente, le variazioni di velocità di applicazione della forza che si possono ottenere possono produrre variazioni nel risultato fino ad 1 HRC a livello di 60 HRC. I materiali più teneri ed i materiali soggetti all indurimento da lavoro possono dare anche valori delle incertezze significativamente più e3levati. Naturalmente anche le caratteristiche del penetratore influenzano il valore dell incertezza delle misure di durezza. I penetratori a sfera presentano meno problemi riguardo alla geometria perché è relativamente facile produrre una sfera di metallo entro i limiti di 29

30 variabilità (tolleranze) richiesti. Va notato che Il supporto della sfera può anch esso essere una sorgente significativa d incertezza. I penetratori di diamante sono molto più difficili da produrre con una geometria ben controllata e ne derivano potenziali, significative sorgenti potenziali di incertezza non sempre facilmente individuabili, ma una loro dettagliata elencazione esula dallo scopo del presente testo. È importante notare che i migliori penetratori di diamante prodotti oggi presentano tra di essi variazioni fino a ± 0,5 HRC se confrontati sullo stesso durometro. E ovvio che penetratori di qualità peggiore danno variazioni significativamente più grandi Condizioni ambientali La temperatura ambiente può influenzare considerevolmente i risultati delle misurazioni di durezza, particolarmente se devono essere misurate impronte di piccole dimensioni: il limite più basso per le impronte Vickers è 20 µm e la profondità minima per le impronte Rockwell scala N e T è soltanto di 6 µm - 7 µm. Secondo le normative di settore, l intervallo di temperatura ammesso per l esecuzione delle prove va da 10 C a 35 C; per la taratura dei blocchi di riferimento esso è di (23 ± 5) C. Questi intervalli sono fin troppo larghi per alcune scale di durezza, ma operare al di fuori di questi intervalli dovrebbe sempre richiedere grande attenzione. Se, comunque, fosse inevitabile operare al di fuori dei limiti di temperatura indicati si dovrebbe almeno eseguire misurazioni comparative pere poter valutarne gli effetti a priori. La pulizia, le vibrazioni e le interferenze elettriche possono causare problemi significativi che sono difficilmente qualificabili e quantificabili. Le misurazioni di micro-durezza a livelli di forza ultra-bassi richiedono, naturalmente, ambienti assolutamente liberi da vibrazioni, mentre per prove con valori di forza superiore a 200 mn i requisiti di vibrazioni non sono così critici Operatore E essenziale che le misurazioni di durezza o le operazioni di taratura delle macchine con cui si realizzano siano effettuate da operatori adeguatamente addestrati. La mancanza di qualificazione, di esperienza e di motivazione nel personale non può essere compensata dai manuali di funzionamento. Per selezionare il metodo di prova adeguato è necessaria una certa conoscenza del materiale: la struttura del grano, la durezza approssimativa e le proprietà interne. A volte sono importanti anche le considerazioni pratiche, come ad esempio il peso e le dimensioni della parte di cui deve essere misurata la durezza. In molti casi sono importanti le posizioni in cui si eseguono le misurazioni sulla superficie del provino. I punti di misura vanno individuati correttamente per garantirsi risultati corretti: 30